上海光学精密机械研究所----上海光机所在光子晶体光纤随机激光研究方面取得进展

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超强激光科学卓越创新简报

(第六百六十五期)

2025年6月19日

上海光机所在光子晶体光纤随机激光研究方面取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部王俊研究员团队，先后在毛细管和光子晶体光纤随机激光研究方面取得进展，相关成果分别以“Amplified spontaneous emission and random laser generation in capillaries doped with rhodamine 6G–microspheres”和“Random lasing from rhodamine 6G–microsphere doped photonic crystal fibers”为题发表于Applied Optics和Optics Communications。

光流体随机激光器结合了光子和微流体器件并通过二者的共同作用以提高随机激光的发射效率，在量子计算和量子传感领域具有重要应用潜力，然而，由于光在散射介质中沿着不同的方向随机传播，导致发射特性难以调控，阻碍了进一步的应用。

针对上述问题，研究团队提出了一种调控光流体随机激光器发射特性的新方法，通过在罗丹明6G和聚苯乙烯微球溶液中掺杂PVP聚合物以及改变泵浦光的偏振态，在不同直径的毛细管中，实现了放大自发辐射和随机激光发射，峰值增益系数为8.1 ± 0.5 cm^-1，发射光谱半高全宽最小值为6 nm，并且实现了发射特性的增强以及发射光偏振度的调控。同时，利用随机激光的时间相关理论模拟了激光谱宽，并与实验测量值基本一致。当泵浦速率低于阈值时，发射光谱包含不同频率的准态模式，随着泵浦速率增加到随机激光发射阈值，发射光谱变窄。发射光谱的演化大致经历了两个不同的阶段，分别为0.7 – 0.9 ps时间段的模式生成阶段和1 – 1.2 ps时间段的模式选择阶段。

图1 （a）毛细管的能量依赖发射光谱。（b）发射光谱的傅里叶变换

在上述研究基础上，研究团队随后在光子晶体光纤中实现了峰值增益系数为6.3 ± 0.8 cm^-1，发射光谱半高全宽最小值为11 nm的随机激光输出。PVP聚合物同样改善了随机激光发射特性，包括发射强度、半高全宽和偏振度。随机激光的时间相关理论表明，准态模式的分布可以通过加入聚合物进行调控。这项研究有助于深入了解随机激光的形成过程，为制备高效的微纳随机激光器提供了指导，有望推动器件应用的进一步发展。